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  <title>学习Shader入门精要的记录 | NoGameNoLife</title>
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  <meta name="description" content="第十一章1. 序列帧动画（问题：已解决）问题：书中代码： Shaderlab123half2 uv &#x3D; float2(i.uv.x &#x2F; _HorizontalAmount, i.uv.y &#x2F; _VerticalAmount);uv.x +&#x3D; column &#x2F; _HorizontalAmount;uv.y -&#x3D; row &#x2F; _Ve">
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  <time datetime="2021-01-30T08:01:30.000Z" itemprop="datePublished">2021-01-30</time>
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      学习Shader入门精要的记录
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        <h3 id="第十一章"><a href="#第十一章" class="headerlink" title="第十一章"></a>第十一章</h3><h4 id="1-序列帧动画（问题：已解决）"><a href="#1-序列帧动画（问题：已解决）" class="headerlink" title="1. 序列帧动画（问题：已解决）"></a>1. 序列帧动画（问题：已解决）</h4><h5 id="问题："><a href="#问题：" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p><strong><em>书中代码：</em></strong></p>
<figure class="highlight plain"><figcaption><span>Shaderlab</span></figcaption><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">half2 uv &#x3D; float2(i.uv.x &#x2F; _HorizontalAmount, i.uv.y &#x2F; _VerticalAmount);</span><br><span class="line">uv.x +&#x3D; column &#x2F; _HorizontalAmount;</span><br><span class="line">uv.y -&#x3D; row &#x2F; _VerticalAmount;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p><strong><em>我认为的代码：</em></strong></p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">half2 uv &#x3D; float2(i.uv.x &#x2F; _HorizontalAmount, i.uv.y &#x2F; _VerticalAmount);</span><br><span class="line">uv.x +&#x3D; column &#x2F; _HorizontalAmount;</span><br><span class="line">uv.y +&#x3D; (1 - row &#x2F; _VerticalAmount);</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>uv.x没有问题，但是uv.y应该是uv.y = uv.y + (1 - row / _VerticalAmount)。上述两段代码的运行效果是完全一样的，不清楚原因。</p>
<h5 id="解决："><a href="#解决：" class="headerlink" title="解决："></a>解决：</h5><p>首先，我们是使用了_Time.y来获取时间，此时我们必须将图片的 <em>WrapMode</em> 设置为 <em>Repeat</em> 这样才能使得时间不断累加的情况下纹理坐标依旧限制在 $[0,1]$ 这个范围内。正常来说，$uv.y += (1 - row / _VerticalAmount)$ ，这个表达式没有任何问题，相反的，书中的表达式—— $uv.y -= row / _VerticalAmount$ 却是错误的。但是，既然图片的 <em>WrapMode</em> 是 <em>Repeat</em> ，那么加上或者减去一个纹理坐标范围的长度”1”是没有任何意义的，所以书中的表达式可以看成是一种简写，而我的想法初衷并没有错，只是没有注意到图片具体的设置。</p>
<h4 id="2-流动的河水动画（问题：待解决）"><a href="#2-流动的河水动画（问题：待解决）" class="headerlink" title="2. 流动的河水动画（问题：待解决）"></a>2. 流动的河水动画（问题：待解决）</h4><h5 id="问题：-1"><a href="#问题：-1" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p>不太清楚sin函数中的表达式是怎么得到的</p>
<h4 id="3-广告牌效果（问题：待解决）"><a href="#3-广告牌效果（问题：待解决）" class="headerlink" title="3. 广告牌效果（问题：待解决）"></a>3. 广告牌效果（问题：待解决）</h4><h4 id="问题：-2"><a href="#问题：-2" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h4><p>在判断发现防线是否与向上的方向重合，代码中会判断normalDir.y是否大于0.999，如果大于就说明重合了，然后向上的方向会取float3(0, 0, 1)，这个方向是随便取的还是有什么依据吗</p>
<h3 id="第十二章"><a href="#第十二章" class="headerlink" title="第十二章"></a>第十二章</h3><h4 id="1-饱和度计算公式（拓展）"><a href="#1-饱和度计算公式（拓展）" class="headerlink" title="1. 饱和度计算公式（拓展）"></a>1. 饱和度计算公式（拓展）</h4><p>参考 <a target="_blank" rel="noopener" href="http://poynton.ca/PDFs/ColorFAQ.pdf">Frequently Asked Questions about Color</a> 中第九个问题的描述。</p>
<h4 id="2-lerp函数（拓展）"><a href="#2-lerp函数（拓展）" class="headerlink" title="2. lerp函数（拓展）"></a>2. lerp函数（拓展）</h4><p>在untiy shader中的lerp函数并不会将第三个参数的值限制在[0, 1]，而只是在计算 $ a * (1-w) + b*w$ 这个表达式的值。</p>
<h4 id="3-引用类型作为参数（问题：已解决）"><a href="#3-引用类型作为参数（问题：已解决）" class="headerlink" title="3. 引用类型作为参数（问题：已解决）"></a>3. 引用类型作为参数（问题：已解决）</h4><p>在码代码的时候写出了如下代码：</p>
<figure class="highlight c#"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">public</span> Material BriSatConMaterial &#123;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">get</span> &#123;</span><br><span class="line">            <span class="keyword">return</span> CheckShaderAndCreateMaterial(BriSatConShader, _BriSatConMaterial);</span><br><span class="line">        &#125;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>当然，正确的代码如下：</p>
<figure class="highlight c#"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="keyword">public</span> Material BriSatConMaterial &#123;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">get</span> &#123;</span><br><span class="line">            _BriSatConMaterial = CheckShaderAndCreateMaterial(BriSatConShader, _BriSatConMaterial);</span><br><span class="line">            <span class="keyword">return</span> _BriSatConMaterial;</span><br><span class="line">        &#125;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>不同之处就在于get属性的编写，最开始是没有为本地变量赋值，正确的是对本地变量进行赋值后再返回本地变量。</p>
<p>我一开始的想法是：调用方法时传递的参数是引用类型，我模糊的觉得这个方法是对这个引用变量进行了修改，然后引用变量的参数应该在方法体的内部一并进行了修改。但是，被调用的这个方法在内部并不是简单的修改，而是进行了new操作！！太危险了！</p>
<p>被调用的方法如下：</p>
<figure class="highlight c#"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br><span class="line">16</span><br><span class="line">17</span><br><span class="line">18</span><br><span class="line">19</span><br><span class="line">20</span><br><span class="line">21</span><br><span class="line">22</span><br><span class="line">23</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="function"><span class="keyword">protected</span> Material <span class="title">CheckShaderAndCreateMaterial</span>(<span class="params">Shader shader, Material material</span>)</span> &#123;</span><br><span class="line">    <span class="keyword">if</span> (shader == <span class="literal">null</span>) &#123;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">return</span> <span class="literal">null</span>;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line"></span><br><span class="line">    <span class="keyword">if</span> (shader.isSupported == <span class="literal">true</span> &amp;&amp; material != <span class="literal">null</span> &amp;&amp; material.shader == shader) &#123;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">return</span> material;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line"></span><br><span class="line">    <span class="keyword">if</span> (shader.isSupported == <span class="literal">false</span>) &#123;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">return</span> <span class="literal">null</span>;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">    <span class="keyword">else</span> &#123;</span><br><span class="line">        material = <span class="keyword">new</span> Material(shader);</span><br><span class="line">        material.hideFlags = HideFlags.DontSave;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">if</span> (material) &#123;</span><br><span class="line">            <span class="keyword">return</span> material;</span><br><span class="line">        &#125;</span><br><span class="line">        <span class="keyword">else</span> &#123;</span><br><span class="line">            <span class="keyword">return</span> <span class="literal">null</span>;</span><br><span class="line">        &#125;</span><br><span class="line">    &#125;</span><br><span class="line">&#125;</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>可以看到，在方法体的内部并没有修改形参中的material，而是直接new了一个新的实例出来，new与修改是截然不同的两个操作，如果只是修改的话没有任何问题，但是new的话就涉及到了内存相关的问题。</p>
<p>说明如下：</p>
<p><strong>待补充！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！</strong></p>
<h4 id="4-边缘检测的核心（总结）"><a href="#4-边缘检测的核心（总结）" class="headerlink" title="4. 边缘检测的核心（总结）"></a>4. 边缘检测的核心（总结）</h4><p>书中介绍了卷积操作用于计算相邻像素之间的颜色、亮度、纹理的梯度，并给出了三个常见的边缘检测算子——Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子。书中有一个计算亮度的公式 $0.2515<em>r+0.7154</em>g+0.0721*b$ ，这个公式是用于计算RGB颜色系统下的亮度，也就是说边缘检测的核心其实是辨别图像中哪些地方的亮度的梯度比较大，梯度大的地方就是边缘，梯度小的地方就不是边缘。重点在于亮度的计算，使用哪个边缘检测算子是次要的。</p>
<p>总结，什么是边缘，亮度差大的地方就是边缘。</p>
<h4 id="5-高斯模糊中的纹理坐标（总结）"><a href="#5-高斯模糊中的纹理坐标（总结）" class="headerlink" title="5. 高斯模糊中的纹理坐标（总结）"></a>5. 高斯模糊中的纹理坐标（总结）</h4><p>在高斯模糊中的纹理采样需要乘以一个名为BlurSize的变量来控制采样的距离，模糊程度取决于这个变量的大小。</p>
<p>而在边缘检测中，采样的距离是默认的单位1，也就是 $1/TexelSize$ 。</p>
<h4 id="6-Bloom效果中的纹理坐标（问题：待解决）"><a href="#6-Bloom效果中的纹理坐标（问题：待解决）" class="headerlink" title="6. Bloom效果中的纹理坐标（问题：待解决）"></a>6. Bloom效果中的纹理坐标（问题：待解决）</h4><h5 id="问题：-3"><a href="#问题：-3" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p>为什么在处理多张纹理时Unity就不帮我们进行翻转了呢？</p>
<h5 id="解决：-1"><a href="#解决：-1" class="headerlink" title="解决："></a>解决：</h5><p>待解决！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！</p>
<figure class="highlight plain"><figcaption><span>Shaderlab</span></figcaption><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP</span><br><span class="line">	if (_MainTex_TexelSize.y &lt; 0.0)&#123;</span><br><span class="line">		o.uv.w &#x3D; 1 - o.uv.w;</span><br><span class="line">	&#125;</span><br><span class="line">#endif</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>在使用渲染到纹理的技术（将屏幕图像输出到一张渲染纹理中）时，Unity在背后会为我们根据平台的不同进行翻转处理，使渲染到纹理中的图像也是正常的。但是，如果我们开启了抗锯齿功能，那么Unity就不会为我们做这些工作，我们需要在代码中主动添加翻转代码。在开启抗锯齿功能时，Unity先得到屏幕图像，然后由硬件进行抗锯齿，最后再输出到渲染纹理中。如果只处理一张纹理，我们不需要关心图像翻转问题，但是如果我们同时处理多张图像，我们就需要关心图像翻转问题。 <strong>为什么处理多张纹理时Unity就不在背后做工作了呢？</strong> 本章之前的调整亮度、边缘检测、高斯模糊都是对一张纹理的处理，所以并不需要关心图像翻转问题。</p>
<p>_UNITY_UV_STARTS_AT_TOP 是用于判断该平台是不是类似于DirectX那种左上角为原点的平台。</p>
<p>_MainTex_TexelSize.y 是用于判断是否开启了抗锯齿功能。</p>
<h4 id="7-运动模糊中的颜色混合（问题：待解决）"><a href="#7-运动模糊中的颜色混合（问题：待解决）" class="headerlink" title="7. 运动模糊中的颜色混合（问题：待解决）"></a>7. 运动模糊中的颜色混合（问题：待解决）</h4><h5 id="问题：-4"><a href="#问题：-4" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p>运动模糊中，第一个Pass是根据用户设置的_BlurAmount来混合人RGB颜色，利用ColorMask来剔除透明度影响。第二个Pass是混合透明度，用当前片元的透明度覆盖颜色缓冲区中的透明度。</p>
<p>Blend操作应该是当前片元产生的颜色与已经存在于颜色缓冲中的颜色进行混合。在运动模糊代码中RenderTexture.MarkRestoreExpected()这个方法的作用是表明我们需要进行一个渲染纹理的恢复操作，<strong>这个恢复操作指的是什么？将颜色缓冲区恢复，还是将当前的片元恢复到之前的数据进行恢复，我想应该是颜色缓冲区吧，毕竟Blend操作是当前片元与颜色缓冲区的数据进行比较</strong> </p>
<h3 id="第十三章"><a href="#第十三章" class="headerlink" title="第十三章"></a>第十三章</h3><h4 id="1-回顾第四章内容（回顾）"><a href="#1-回顾第四章内容（回顾）" class="headerlink" title="1. 回顾第四章内容（回顾）"></a>1. 回顾第四章内容（回顾）</h4><p>在顶点着色器中我们通常会使用串联的矩阵 <strong><em>MVP</em></strong> 来使模型的顶点坐标从模型空间转换到齐次裁切空间，然后硬件会帮助我们做透视除法，最终得到归一化的设备坐标（NDC），此时对应了渲染流水线中的顶点着色器阶段。</p>
<p>然后，在屏幕映射阶段，会将xy的值从 $[-1,1]$ 转换到 $[0,1]$ 的范围上。将z分量用于深度缓冲，我们会将深度信息写入深度缓存中，传统方式是 $clip_z / clip_w$ 。最后，w分量也会保存下来，用于进行透视校正插值 <strong>（没接触过）</strong> 。</p>
<p>这也就是说，在进行到片元着色器的时候，深度缓存就已经被赋值了。片元着色器中的pos变量存储的仅仅是经过 <strong><em>MVP</em></strong> 矩阵变换，从模型空间转变到齐次裁切空间的顶点，并没有进行归一化操作，所以pos使用float4进行存储，而不是fixed4。</p>
<h4 id="2-运动模糊中的坐标变换（问题：待解决）"><a href="#2-运动模糊中的坐标变换（问题：待解决）" class="headerlink" title="2. 运动模糊中的坐标变换（问题：待解决）"></a>2. 运动模糊中的坐标变换（问题：待解决）</h4><h5 id="问题：-5"><a href="#问题：-5" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p>将采样结果回退到世界空间坐标的步骤为什么要用NDC下的坐标直接乘上VP矩阵，最后为什么要除以w轴分量</p>
<h5 id="解决（待解决）："><a href="#解决（待解决）：" class="headerlink" title="解决（待解决）："></a>解决（待解决）：</h5><p>待解决！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！</p>
<h4 id="3-雾效中的射线计算（问题：已解决）"><a href="#3-雾效中的射线计算（问题：已解决）" class="headerlink" title="3. 雾效中的射线计算（问题：已解决）"></a>3. 雾效中的射线计算（问题：已解决）</h4><h5 id="问题：-6"><a href="#问题：-6" class="headerlink" title="问题："></a>问题：</h5><p>在雾效的计算过程中只是计算了相机到四个近平面顶点的方向向量，为什么不用计算所有片元的方向呢？</p>
<h5 id="解决：-2"><a href="#解决：-2" class="headerlink" title="解决："></a>解决：</h5><p>回到渲染流水线中，在顶点着色器结束后有一个三角形遍历的阶段，在这个阶段中会检查三角形网格覆盖了哪些像素，并使用三角形网格顶点的信息对所有的像素进行插值。我们只需要在顶点着色器中计算这四个顶点并输出到片元着色器中，Unity会自动帮我们进行插值，所以我们在Shader的编写中并不需要像写C#脚本一样每一个步骤都亲力亲为。</p>
<h4 id="4-确定边缘检测中顶点的uv坐标（总结）"><a href="#4-确定边缘检测中顶点的uv坐标（总结）" class="headerlink" title="4. 确定边缘检测中顶点的uv坐标（总结）"></a>4. 确定边缘检测中顶点的uv坐标（总结）</h4><p>在顶点着色器的输出结构体中，uv坐标的顺序一定要注意，对角线进行差值比较，顺序不能乱。</p>
<h3 id="第十四章"><a href="#第十四章" class="headerlink" title="第十四章"></a>第十四章</h3><h4 id="1-卡通风格渲染要点（总结）"><a href="#1-卡通风格渲染要点（总结）" class="headerlink" title="1. 卡通风格渲染要点（总结）"></a>1. 卡通风格渲染要点（总结）</h4><p>第一个Pass先渲染背面，将背面向外放大一定的距离，注意在视角空间下进行坐标的变换，并且需要将法线的z轴分量变成$-0.5$ ，降低了在放大过程中遮挡正面的可能性。</p>
<p>第二个Pass进行正常的渲染，运用了半兰伯特模型，$\alpha$ 和 $\beta$ 取0.5即可。高光部分由于是纯色，所以想到了Step函数设定一个阈值。为了减轻锯齿感，所以用到了smoothStep和fwidth函数进行平滑过渡。</p>
<p>不太适用于棱角分明的物体，在场景中放置一个正方体时能够清楚地看到背面向外移动，但是大小并没有改变。</p>
<p><img src="E:\GiteeBlog\source_posts\2021-01-30-学习Shader入门精要的记录.assets\image-20210202201609886.png" alt="image-20210202201609886"></p>
<h4 id="2-素描风格要点（总结）"><a href="#2-素描风格要点（总结）" class="headerlink" title="2. 素描风格要点（总结）"></a>2. 素描风格要点（总结）</h4><p>将漫反射系数分为n+1个区域，对应了1个纯白色区域和n个素描纹理，在根据区域中的数值设定权重，然后再进行采样，最后进行颜色的混合。</p>
<h3 id="第十五章"><a href="#第十五章" class="headerlink" title="第十五章"></a>第十五章</h3><h4 id="1-消融效果（总结）"><a href="#1-消融效果（总结）" class="headerlink" title="1. 消融效果（总结）"></a>1. 消融效果（总结）</h4><p>消融效果的边界是 $t=0$ 的时候，在向中间过度的时候 $t$ 的数值逐渐变大，所以颜色是由 $_BurnSecondColor$ 过渡到 $_BurnFirstColor$ 最后过渡到图片的环境光+漫反射颜色。</p>
<p><strong>不加 Cull Off 默认打开背面剔除的效果：</strong></p>
<p><img src="E:\GiteeBlog\source_posts\2021-01-30-学习Shader入门精要的记录.assets\image-20210206132544526.png" alt="image-20210206132544526"></p>
<p><strong>加上 Cull Off 关闭剔除的效果：</strong></p>
<p><img src="E:\GiteeBlog\source_posts\2021-01-30-学习Shader入门精要的记录.assets\image-20210206132601297.png" alt="image-20210206132601297"></p>

      
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